高中物理 第4章 原子核 第6节 核能利用 第7节 小粒子与大宇宙学业分层测评 粤教版

第6节 核能利用 第7节 小粒子与大宇宙(建议用时：45分钟)学业达标1下列说法中正确的是()A夸克模型说明电子电荷量是最小的电荷单元B目前已经发现了自由态的夸克 C目前发现的夸克有6种 D每种夸克都有对应的反夸克E夸克模型说明电子电荷量已不再是最小的电荷单元【解析】夸克模型指出目前发现了6种夸克，每种夸克都有对应的反夸克，所以C、D正确；夸克所带电荷量小于电子电荷量，但还没有发现自由态的夸克，这就是夸克的“禁闭”，所以A、B错，E正确【答案】CDE2关于宇宙和恒星的演化，下列说法正确的是()A宇宙已经停止演化B恒星在主序星阶段时停留时间最长、最稳定C当温度达到一定值时，恒星内发生氦聚变，亮度增强D恒星最终都会演化为黑洞E恒星最终可能演化为中子星【解析】目前宇宙的演化仍在进行，A错恒星在主序星阶段时停留时间最长、最稳定，B对恒星内由氢聚变转变为氦聚变时，亮度增加，C对根据最终质量的不同恒星最终演化为白矮星或中子星或黑洞，D错，E对【答案】BCE3关于人们发现的新粒子，下列说法正确的是 ()A许多粒子都有自己的反粒子B把粒子分为强子、轻子、媒介子，根据是粒子与各种相互作用的关系C质子属于强子D光子属于轻子E子的质量比核子的质量大，因此它属于强子【解析】根据粒子的分类、粒子与反粒子描述知A、B、C正确；光子属媒介子，子属于轻子【答案】ABC4下列所述正确的是()A强子是参与强相互作用的粒子B轻子是不参与强相互作用的粒子C目前发现的轻子只有8种D夸克有6种，它们带的电荷量分别为元电荷的或E光子是传递弱相互作用的粒子【解析】由三类粒子的特性可知A、B正确，E错误；而目前发现的轻子只有6种，C错误；夸克模型经过几十年的发展，已知夸克有6种，它们带的电荷分别为元电荷的或，D正确【答案】ABD5为应对能源危机和优化能源结构，提高清洁能源的比重，我国制定了优先选择核能，其次加快发展风电和再生能源的政策，在核电中长期发展规划中要求2020年核电运行装机总容量达到4 000万千瓦的水平，请根据所学物理知识，判断下列说法中正确的是()A核能发电对环境的污染比火力发电要小B核能发电对环境的污染比火力发电要大C所有核电站都只利用重核裂变释放大量的原子能D所有核电站既有重核裂变，又有轻核聚变释放大量的原子能E如果核电站能实现可控轻核聚变发电，其核废料处理更简单，对环境污染更小【解析】目前核电站都用核裂变，其原料是铀，且核裂变在核反应堆中应用的是比较清洁的能源，故A、C正确，B、D错，如果核电站能实现可控轻核聚变发电，其核废料处理起来比铀核裂变废料更容易，对环境污染也更小，E正确【答案】ACE6我国自行研制了可控热核反应实验装置“超导托卡马克”(英名称：EAST，俗称“人造太阳”)设可控热核实验反应前氘核(H)的质量为m1，氚核(H)的质量为m2，反应后氦核(He)的质量为m3，中子(n)的质量为m4，光速为c，正确说法正确的是()A这种装置中发生的核反应方程式是HHHenB由核反应过程质量守恒可知m1m2m3m4C核反应放出的能量等于(m1m2m3m4)c2D这种装置与我国大亚湾核电站所使用装置的核反应原理相同E可控热核反应目前还不能用于核电站实现发电【解析】核反应方程为HHHen，选项A正确；反应过程中向外释放能量，故质量有亏损，且释放的能量Emc2(m1m2m3m4)c2，选项B错误，C正确；可控热核反应为核聚变，大亚湾核电站所用核装置反应原理为核裂变，可控热核反应目前还不能用于核电站实现发电，故D错误，E正确【答案】ACE7太阳内部持续不断地发生着4个质子(H)聚变为1个氦核(He)的热核反应核反应方程是4HHe2X，这个核反应释放出大量核能已知质子、氦核、X的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c.下列说法中正确的是()A方程中的X表示中子(n)B方程中的X表示电子(e)C这个核反应中质量亏损m4m1m2D这个核反应中释放的核能E(4m1m22m3)c2E这个核反应过程中有两个质子转化为两个中子【解析】由质量数守恒和核电荷数守恒可知，方程中的X表示电子e，A错误，B正确；这个核反应过程中，生成物He中含有两个质子和两个中子，故四个质子中有两个转化为中子，同时放出两个正电子，E正确；该反应中质量亏损m4m1m22m3，释放的核能Emc2(4m1m22m3)c2，C错误，D正确【答案】BDE8某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为HCNQ1，HNCXQ2，方程中Q1、Q2表示释放的能量，相关的原子核质量如表：原子核HHHeCNN质量/u1.007 83.016 64.002 612.000 013.005 715.000 1则可以推断X是_，方程中Q1和Q2的大小关系是Q1_Q2.【解析】由质量数守恒和电荷数守恒，可判断X为He，式的质量亏损为m11.007 8 u12.000 0 u13.005 7 u0.002 1 u式的质量亏损为m21.007 8 u15.000 1 u12.000 0 u4.002 6 u0.005 3 u，所以m2m1根据质能方程Emc2可求解Q2Q1.【答案】He9在核反应中，控制铀235核裂变反应速度的方法是什么？【解析】控制铀235核裂变反应速度的方法是控制中子的数量，其有效方法是用吸收中子能力很强的镉棒插入铀燃料周围，镉棒插入的深度不同，就会控制中子的数目，达到控制核反应的目的【答案】通过自动控制装置，改变镉棒插入的深度，以改变中子数能力提升10我国最新一代核聚变装置“EAST”在安徽合肥首次放电，显示了EAST装置具有良好的整体性能，使等离子体约束时间达1 000 s，温度超过1亿摄氏度，这标志着我国磁约束核聚变研究进入国际先进水平合肥也成为世界上第一个建成此类全超导非圆截面核聚变实验装置并能实际运行的地方核聚变的主要原料是氘，在海水中含量极其丰富已知氘核的质量为m1，中子的质量为m2，He的质量为m3，质子的质量为m4，则下列说法中正确的是 ()A两个氘核聚变成一个He所产生的另一个粒子是质子 B两个氘核聚变成一个He所产生的另一个粒子是中子C两个氘核聚变成一个He所释放的核能为(2m1m3m4)c2D两个氘核聚变成一个He所释放的核能为(2m1m3m2)c2E与受控核聚变比较，现行的核反应堆产生的废物具有放射性【解析】由核反应方程2HHeX知X应为中子，释放的核能应为E(2m1m3m2)c2，聚变反应的污染非常小，而现行的裂变反应的废料具有很强的放射性，故A、C错误，B、D、E正确【答案】BDE11我国秦山核电站第三期工程中有两组60万千瓦的发电机组，发电站的核能来源于U的裂变，下列说法正确的是()A.U原子核中有92个质子，143个中子B.U的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程为UnXeSr2nC.U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度半衰期缩短D一个U裂变能放出200 MeV的能量，合3.21011 JE通过改变半衰期来控制链式反应的速度【解析】由U的质量数和电荷数关系易知A正确；由核反应方程中电荷数守恒和质量数守恒知B正确；半衰期不受外界因素干扰，故C、E错误；因为200 MeV2001061.61019 J3.21011 J，所以D正确【答案】ABD12K介子衰变的方程为K0，其中K介子和介子所带负电的电荷量为元电荷，0介子不带电如图462所示的1个K介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧AP，衰变后产生的介子的轨迹为圆弧PB，两轨迹在P点相切，它的半径R与R之比为21，0介子的轨迹未画出，由此可知，的动量大小与0的动量大小之比为_. 【导学号：78220061】图462【解析】根据洛伦兹力提供向心力知，qvBmv2/R，故有pmvqBR，所以K与的动量大小之比为21，规定K的方向为正方向，由动量守恒定律得：pKpp0，所以p03p.【答案】1313有一种聚变反应是四个氢核聚变成一个氦核，同时放出两个正电子求：(1)该聚变反应释放多少能量？(2)若1 g氢完全聚变，能释放多少能量？(3)1 g氢完全聚变，释放的能量相当于多少煤完全燃烧放出的热能？(已知煤的热值q3.36107 J/kg，氢核质量为1.008 142 u，氦核质量为4.001 509 u，电子的质量为0.000 549 u) 【导学号：78220062】【解析】(1)核反应方程为：4HHe2e，所以m4mHmHe2me41.008 142 u4.001 509 u20.000 549 u0.029 961 uE0.029 961931.5 MeV27.91 MeV4.471012 J.(2)1 g氢完全聚变释放的能量为E6.0210234.471012 J6.731011 J.(3)相当于煤完全燃烧的质量为：m kg2.00104 kg.【答案】(1)4.471012 J(2)6.731011 J (3)2.00104 kg